JP2009063898A - 光拡散板及び面光源装置並びに液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傷付きを十分に防止できると共に正面方向の輝度を十分に確保できる光拡散板を提供する。
【解決手段】この発明の光拡散板３は、光拡散層３１と、集光層３２と、前記光拡散層３１と前記集光層３２の間にこれら両層に対して固定状態に介在せしめられた層であって屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層３３と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、傷付きを十分に防止できると共に正面方向に十分な輝度を確保し得る光拡散板及び正面方向に十分な輝度を有した高品質の面光源装置と液晶表示装置に関する。

液晶表示装置としては、例えば液晶セルを備えた液晶パネル（画像表示部）の背面側に面光源装置がバックライトとして配置された構成のものが公知である。前記バックライト用の面光源装置としては、ランプボックス（筐体）内に複数の光源が配置されると共にこれら光源の前面側に光拡散板が配置され、さらに該光拡散板の前面側に集光性シートであるレンチキュラーレンズが配置された構成の面光源装置が知られている。例えば、特許文献１には、このような構成の面光源装置が記載されている。
特許第３１２３００６号公報

しかしながら、上記構成に係る面光源装置では、光拡散板の前面側に集光性シートが単に重ね合わされているものであるために、光拡散板と集光性シートが互いに擦れ合って傷付きやすいという問題があった。

この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、傷付きを十分に防止できると共に正面方向の輝度を十分に確保できる光拡散板及び正面方向に十分な輝度を有した高品質の面光源装置と液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明者は、傷付きを防止するために、光拡散層と集光層をアクリル樹脂やウレタン樹脂で接着一体化した構成を検討したが、傷付きは無くすことができるものの、正面方向の輝度が大きく低下するという問題があることが判明した。そこで、本発明者は更に鋭意研究した結果、光拡散層と集光層の間に、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層を両層に対して固定状態に介在せしめることによって、傷付きを十分に防止できると共に正面方向の輝度を十分に確保し得ることを見出すに至り、本発明を完成したものである。即ち、本発明は以下の手段を提供する。

［１］光拡散層と、
集光層と、
前記光拡散層と前記集光層の間にこれら両層に対して固定状態に介在せしめられた層であって、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層と、を含むことを特徴とする光拡散板。

［２］屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層と、
前記低屈折率層の一方の面に接着樹脂層を介して積層一体化された光拡散層と、
前記低屈折率層の他方の面に接着樹脂層を介して積層一体化された集光層と、を含むことを特徴とする光拡散板。

［３］前項１または２に記載の光拡散板と、該光拡散板の背面側に配置された複数の光源とを備え、前記光拡散板において前記集光層が前面側になるように配置されていることを特徴とする面光源装置。

［４］前項１または２に記載の光拡散板と、該光拡散板の背面側に配置された複数の光源と、前記光拡散板の前面側に配置された液晶パネルとを備え、前記光拡散板において前記集光層が前面側になるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。

［１］の発明では、光拡散層と集光層の間に配置された低屈折率層は、これら両層（光拡散層・集光層）に対して固定状態に介在せしめられているから、隣り合う層同士が擦れ合うことがなく、この光拡散板における傷付き発生を十分に防止できる。また、光拡散層と集光層の間に、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層が存在する構成であるから、正面方向の輝度が十分に確保される。

［２］の発明では、光拡散層、低屈折率層、集光層は、この順に各層同士が接着樹脂層を介して積層一体化されているから、隣り合う層同士が擦れ合うことがなく、この光拡散板における傷付き発生を十分に防止できる。また、光拡散層と集光層の間に、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層が存在する構成であるから、正面方向の輝度が十分に確保される。

［３］の発明では、光拡散板における傷付きがなく高品質の光が得られると共に正面方向の輝度が高い面光源装置が提供される。

［４］の発明では、光拡散板における傷付きがなく高品質の画像が得られると共に正面方向の輝度が高い液晶表示装置が提供される。

この発明に係る液晶表示装置の一実施形態を図１に示す。図１において、（３０）は液晶表示装置、（１１）は液晶セル、（１２）（１３）は偏光板、（１）は面光源装置（バックライト）である。前記液晶セル（１１）の上下両側にそれぞれ偏光板（１２）（１３）が配置され、これら構成部材（１１）（１２）（１３）によって画像表示部としての液晶パネル（２０）が構成されている。なお、前記液晶セル（１１）としては、カラー画像を表示可能なものが好ましく用いられる。

前記面光源装置（１）は、前記液晶パネル（２０）の下側の偏光板（１３）の下面側（背面側）に配置されている。即ち、この液晶表示装置（３０）は、直下型液晶表示（ディスプレイ）装置である。

前記面光源装置（１）は、平面視矩形状で上面側（前面側）が開放された薄箱型形状のランプボックス（５）と、該ランプボックス（５）内に相互に離間して配置された複数の光源（２）と、これら複数の光源（２）の上方側（前面側）に配置された光拡散板（３）とを備えている。前記光拡散板（３）は、前記ランプボックス（５）に対してその開放面を塞ぐように載置されて固定されている。また、前記ランプボックス（５）の内面には光反射層（図示しない）が設けられている。前記光源（２）としては、特に限定されるものではないが、例えば冷陰極線管、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられる。

前記光拡散板（３）は、図２に示すように、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層（３３）の一方の面に接着樹脂層（３４）を介して光拡散層（３１）が積層一体化されると共に前記低屈折率層（３３）の他方の面に接着樹脂層（３５）を介して集光層（３２）が積層一体化されてなる。

前記液晶表示装置（３０）において、前記光拡散板（３）は、その集光層（３２）が前面側（液晶パネル（２０）側）になるように配置されている（図１参照）。即ち、換言すれば、前記液晶表示装置（３０）において、前記光拡散板（３）は、その光拡散層（３１）が背面側（光源（２）側）になるように配置されている（図１参照）。

上記構成に係る光拡散板（３）では、光拡散層（３１）、低屈折率層（３３）、集光層（３２）は、この順に隣り合う層同士が接着樹脂層（３４）（３５）を介して積層一体化されているから、隣り合う層同士が擦れ合うことがなく、この光拡散板（３）における傷付き発生を十分に防止することができる。また、上記構成に係る光拡散板（３）は、光拡散層（３１）と集光層（３２）の間に、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層（３３）が存在する構成であるから、前記面光源装置（１）において正面方向（法線方向）（Ｑ）に高い輝度で照明することができるし、前記液晶表示装置（３０）において正面方向（法線方向）（Ｑ）に高い輝度で画像を表示することができる。

なお、上記実施形態では、低屈折率層（３３）の一方の面に接着樹脂層（３４）を介して光拡散層（３１）が積層一体化されると共に低屈折率層（３３）の他方の面に接着樹脂層（３５）を介して集光層（３２）が積層一体化された構成が採用されているが、特にこのような接着積層構成に限定されるものではなく、前記低屈折率層（屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる層）（３３）が、前記光拡散層（３１）と前記集光層（３２）の間にこれら両層（３１）（３２）に対して固定状態に介在せしめられた構成であればどのような構成であっても良い。例えば、光拡散層（３１）、低屈折率層（３３）、集光層（３２）がこの順に配置されて隣り合う層同士が熱溶着により相互に固定された構成を採用しても良い。

この発明において、前記低屈折率層（３３）は、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる層である。このような屈折率が１．００を超えて１．２５以下の範囲にある物質としては、特に限定されるものではないが、例えば松下電工社製の「シリカエアロゲル」（商品名）（屈折率１．００８〜１．０５５の範囲で各種グレードが揃っている）等が挙げられる。屈折率が１．２５を超えると、正面方向の輝度が十分に得られなくなる。中でも、前記低屈折率層（３３）は、屈折率が１．００を超えて１．１５以下である物質からなるのが好ましい。

前記低屈折率層（３３）の厚さは、通常、５μｍ〜１ｍｍの範囲に設定されるが、好ましい厚さは５０〜６００μｍの範囲である。

前記光拡散層（３１）としては、透過光を拡散し得る層であればどのようなものでも使用できるが、中でも透明材料中に光拡散粒子（光拡散剤）が分散されてなる層が好ましく用いられる。

前記光拡散層（３１）を構成する透明材料としては、特に限定されるものではないが、例えば透明樹脂、無機ガラス等が挙げられる。前記透明樹脂としては、成形が容易である点で、透明熱可塑性樹脂が好適に用いられる。この透明熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂）、メタクリル樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂）、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等）などが挙げられる。

前記光拡散粒子としては、光拡散層（３１）を構成する透明樹脂に対して非相溶性であって且つこの透明樹脂と屈折率が相違する粒子であって透過光を拡散し得るものであれば特に限定されずどのようなものでも使用できる。例えば、シリカ粒子、炭酸カルシウム粒子、硫酸バリウム粒子、酸化チタン粒子、水酸化アルミニウム粒子、無機ガラス粒子、マイカ粒子、タルク粒子、ホワイトカーボン粒子、酸化マグネシウム粒子、酸化亜鉛粒子等の無機粒子であっても良いし、或いはメタクリル系架橋樹脂粒子、メタクリル系高分子量樹脂粒子、スチレン系架橋樹脂粒子、スチレン系高分子量樹脂粒子、シロキサン系重合体粒子等の有機粒子であっても良い。前記光拡散粒子としては、上記例示したもの等の１種を用いても良いし、或いはこれらの２種以上を混合して用いても良い。

前記光拡散粒子としては、通常、その体積平均粒子径が０．１〜５０μｍの範囲にあるものが用いられる。なお、体積平均粒子径（Ｄ₅₀）は、全粒子の粒子径及び体積を測定し、小さい粒子径のものから順次体積を積算し、該積算体積が全粒子の合計体積に対して５０％となる粒子の粒子径である。

前記光拡散粒子の使用量は、目的とする透過光の拡散の程度により異なるが、通常、前記透明樹脂１００質量部に対して光拡散粒子を０．０１〜２０質量部含有せしめる。中でも、前記透明樹脂１００質量部に対して光拡散粒子を０．１〜１０質量部含有せしめるのが好ましい。

前記光拡散層（３１）の厚さは、通常、０．１〜１０ｍｍの範囲に設定される。

前記集光層（３２）としては、特に限定されるものではないが、例えば微細なプリズムレンズ、微細な凸レンズ、レンチキュラーレンズ等の微細な集光性レンズが片面の全面にわたって形成された集光性シート等が挙げられる。前記光拡散層（３１）を拡散しながら透過した透過光をこの集光層（３２）で光拡散板（３）の法線方向（Ｑ）に集光する。

前記集光性シートの素材としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂）、メタクリル樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂）、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等）などが挙げられる。前記集光性シートの市販品としては、特に限定されるものではないが、例えば住友スリーエム社製「ＢＥＦ」（商品名）（厚さ１２５μｍのポリエステルフィルム上に厚さ３０μｍのアクリル系樹脂層が形成され、このアクリル系樹脂層の表面に、深さ（Ｈ）が２５μｍ、溝底部の開き角度が９０度のＶ溝がピッチ間隔（Ｐ）５０μｍで形成されたもの、図２参照）、積水フィルム社製「エスティナ」（商品名）等が挙げられる。

前記集光層（３２）の厚さ（Ｔ）は、通常、０．０２〜５ｍｍの範囲に設定され、好ましい厚さ（Ｔ）は０．０２〜２ｍｍである。

前記接着樹脂層（３４）（３５）としては、特に限定されるものではないが、例えばアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。この接着樹脂層（３４）（３５）を構成する樹脂の屈折率は特に限定されない。前記接着樹脂層（３４）（３５）の厚さは、接着固定強度を十分に確保する観点から、通常、１０〜５０μｍに設定される。

この発明の光拡散板（３）は、例えば上記接着樹脂を用いて熱プレス法によって製造できる他、共押出成形法、熱溶着法等の方法によって製造できる。なお、これら製造方法は、その例を示したものに過ぎず、この発明の光拡散板（３）は、このような製造方法で製造されたものに限定されるものではない。

なお、この発明の光拡散板（３）の厚さ（Ｓ）は、通常、０．１〜１５ｍｍに設定される。また、この発明の光拡散板（３）の大きさ（面積）は、特に限定されるものではなく、例えば目的とする面光源装置（１）や液晶表示装置（３０）の大きさに応じて適宜設定されるものであるが、通常、２０ｃｍ×３０ｃｍ〜１５０ｃｍ×２００ｃｍの大きさに設計される。

この発明に係る光拡散板（３）、面光源装置（１）及び液晶表示装置（３０）は、上記実施形態のものに特に限定されるものではなく、請求の範囲内であれば、その精神を逸脱するものでない限りいかなる設計的変更をも許容するものである。

次に、この発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図２に示す構成の光拡散板（３）を用いて図１に示す面光源装置（１）を構成した場合の正面方向（法線方向）（Ｑ）の輝度向上率（％）をモンテカルロ法シミュレーションによって算出した。各構成部材の設定条件は次のとおりである。

光拡散層（３１）：厚さを２ｍｍ、全光線透過率（ＪＩＳ Ｋー７３６１）を６２％、拡散率Ｄを７６％、屈折率を１．５９に設定した
集光層（３２）：厚さ（Ｔ）を１５０μｍ、屈折率を１．５９、表面のＶ溝の深さ（Ｈ）を２５μｍ、Ｖ溝のピッチ間隔（Ｐ）を５０μｍ、Ｖ溝の底部の開き角度を９０度に設定した（図２参照）
中間層（低屈折率層）（３３）：厚さを１００μｍ、屈折率を１．０１に設定した
接着樹脂層（３４）（３５）：それぞれの厚さを２０μｍ、屈折率を１．５０に設定した。

輝度向上率の比較対象は、前記厚さ２ｍｍの光拡散層（３１）に前記厚さ（Ｔ）１５０μｍの集光層（３２）を密着して（空気層が介在しない状態で）重ね合わせ配置した構成の２層光拡散板である。これらモンテカルロ法シミュレーションによる算出結果を表１に示す。

なお、前記モンテカルロ法シミュレーションとは、乱数を用いたシミュレーションを多数回行うことにより近似解を求めるシミュレーション方法である。

また、前記拡散率Ｄ（％）は、光拡散層に対して、法線方向から光を入射させた時の透過光のうち、法線方向に対して５°の角度への透過光の強度をＩ₅、法線方向に対して２０°の角度への透過光の強度をＩ₂₀、法線方向に対して７０°の角度への透過光の強度をＩ₇₀としたときに、
Ｄ＝１００×｛（Ｉ₂₀／ｃｏｓ２０°）＋（Ｉ₇₀／ｃｏｓ７０°）｝／｛２×（Ｉ₅／ｃｏｓ５°）｝
上記算出式で求められる値である。

＜実施例２＞
光拡散板（３）における中間層（低屈折率層）（３３）の屈折率を１．１０に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜実施例３＞
光拡散板（３）における中間層（低屈折率層）（３３）の屈折率を１．２０に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜比較例１＞
光拡散板における中間層の屈折率を１．３０に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜比較例２＞
光拡散板における中間層の屈折率を１．３３に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜比較例３＞
光拡散板における中間層の屈折率を１．４０に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜比較例４＞
光拡散板における中間層の屈折率を１．５０に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜比較例５＞
光拡散板における中間層の屈折率を１．８９に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜比較例６＞
光拡散板における中間層の屈折率を２．０８に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

＜参考例＞
光拡散板における中間層の屈折率を１．００（空気層に相当する）に設定した以外は、実施例１と同様にして、モンテカルロ法シミュレーションにより輝度向上率（％）を算出した。算出結果を表１に示す。

表から明らかなように、この発明の光拡散板を用いて構成された実施例１〜３の面光源装置では、正面方向（法線方向）において十分に高い輝度が得られた。また、これら光拡散板では、層間が接着一体化されているので、隣り合う層同士が擦れ合うことがなく、光拡散板に擦れ傷は生じない。

一方、比較例１〜６の面光源装置では、正面方向（法線方向）において十分な輝度は得られなかった。

この発明の光拡散板は、面光源装置用の光拡散板として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。また、この発明の面光源装置は、液晶表示装置用のバックライトとして好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。

この発明に係る液晶表示装置の一実施形態を示す模式図である。 この発明に係る光拡散板の一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…面光源装置
２…光源
３…光拡散板
２０…液晶パネル
３０…液晶表示装置
３１…光拡散層
３２…集光層
３３…低屈折率層
３４…接着樹脂層
３５…接着樹脂層
Ｑ…正面方向（法線方向）

Claims (4)

1. 光拡散層と、
   集光層と、
   前記光拡散層と前記集光層の間にこれら両層に対して固定状態に介在せしめられた層であって、屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層と、を含むことを特徴とする光拡散板。
2. 屈折率が１．００を超えて１．２５以下である物質からなる低屈折率層と、
   前記低屈折率層の一方の面に接着樹脂層を介して積層一体化された光拡散層と、
   前記低屈折率層の他方の面に接着樹脂層を介して積層一体化された集光層と、を含むことを特徴とする光拡散板。
3. 請求項１または２に記載の光拡散板と、該光拡散板の背面側に配置された複数の光源とを備え、前記光拡散板において前記集光層が前面側になるように配置されていることを特徴とする面光源装置。
4. 請求項１または２に記載の光拡散板と、該光拡散板の背面側に配置された複数の光源と、前記光拡散板の前面側に配置された液晶パネルとを備え、前記光拡散板において前記集光層が前面側になるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。

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